DE1907737A1 - Method for regulating a fuel cell unit - Google Patents
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Description
E. 9387 Pf/Hf
11.2.1969E. 9387 Pf / Hf
February 11, 1969
Anlage zur
PatentanmeldungAttachment to
Patent application
ROBERT B O S C H GMBH, 7 Stuttgart W, Breitscheidstr. 4- ROBERT BO SCH GMBH, 7 Stuttgart W, Breitscheidstr. 4-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Betriebsbedingungen eines Aggregates aus einer oder mehreren Batterien von elektrochemischen Brennstoffzellen, die mit im Elektrolyt gelöstem Brennstoff und einem gasförmigen Oxydationsmittel betrieben werden.The invention relates to a method for regulating the operating conditions an aggregate of one or more batteries of electrochemical fuel cells, which are in the electrolyte dissolved fuel and a gaseous oxidizing agent operated will.
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Es ist zwar bekannt, in einer Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle in Verbindung mit einem Wasserstoffgenerator die Temperatur durch' Kühlung des Elektrolyten mit dem der Batterie zugeführten Wasserstoff zu regeln und in bestimmten Zeitabständen eine Spülung der Zellen mit Wasserstoff vorzunehmen, um Verunreinigungen zu entfernen.Although it is known in a hydrogen-oxygen fuel cell in connection with a hydrogen generator the temperature by 'cooling the electrolyte with that supplied to the battery To regulate hydrogen and to flush the cells with hydrogen at certain time intervals to remove impurities to remove.
Es ist ferner bekannt, in einer Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoff zelle Ausgangsleistung und Ausgangsspannung zu regeln.It is also known in a hydrogen-oxygen fuel cell to regulate output power and output voltage.
Diese Verfahren haben den Nachteil, daß dabei von allen Kenngrößen, die für den Dauerbetrieb einer Brennstoffzellenbatterie unter optimalen Bedingungen zu beachten sind, jeweils nur ein Teil gemessen und zur Regelung herangezogen "wird, so daß keine Gewähr für eine stets hohe Leistungsdichte für den Dauerbetrieb einer derartigen Batterie gegeben ist.These methods have the disadvantage that, of all the parameters required for continuous operation of a fuel cell battery must be observed under optimal conditions, only one at a time Part measured and used for control "is so that no There is always a guarantee of a high power density for continuous operation of such a battery.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das ein Brennstoffzellenaggregat unter stets optimalen Bedingungen zu betreiben und ihm immer ein Maximum an Leistung zu entnehmen gestattet. Zur Erreichung dieser Aufgabe ist es notwendig, den besten Betriebszustand der Batterie bzw. ' seiner einzelnen Teile - das betrifft insbesondere die Aktivität der Elektroden - zu erhalten und dadurch die Lebensdauer dei Batterie zu erhöhen. The invention is now based on the object of developing a method which allows a fuel cell unit to be operated under always optimal conditions and always allows maximum power to be drawn from it. To achieve this task, it is necessary to maintain the best operating condition of the battery or its individual parts - this relates in particular to the activity of the electrodes - and thereby to increase the service life of the battery.
Diese Aufgabe macht es erforderlich, alle wichtigen Kenngrößen der Batterie laufend automatisch zu überwachen und im Falle einer Abweichung einer oder mehrerer Kenngrößen von den Sollwerten Regelvorgänge auszulösen, die die optimalen Bedingungen wieder herstellen. This task makes it necessary to continuously and automatically monitor all important parameters of the battery and, in the event of a deviation of one or more parameters from the setpoints, to trigger control processes that restore the optimal conditions.
Bei Parallelschaltung mehrerer Batterien muß eine Vorkehrung getroffen werden, die verhindert, daß bei unterschiedlicherA precaution must be taken when connecting several batteries in parallel be taken, which prevents different
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Spannung an den einzelnen Batterien Strom von einer Batterie höherer-Spannung in eine Batterie niedrigerer Spannung·fIie2en kanniund somit die Leistung des Aggregates verringert wird.Voltage at the individual batteries Flows current from a higher-voltage battery into a lower-voltage battery cani and thus the performance of the unit is reduced.
Da die Leistung einer Brennstoffzelle "bekanntlich von der Temperatur abhängt, sollte z.B. eine Möglichkeit vorgesehen werden, die einer gevTÜnschten Leistung entsprechende optimale Temperatur möglichst schnell zu erreichen. Ea andererseits eine zu hohe Temperatur die Lebensdauer der Batterie herabsetzt, süß auch die Möglichkeit bestehen, bei Überschreitung einer vorgegebenen, maximal zulässigen Temperatur die Anlage abzuschalten. Zum Schutz der Elektroden ist es notwendig, die Potentiale zu überwachen und nötigenfalls zur Erhaltung der Aktivität der Elektroden;entsprechende Veränderungen der Bedingungen herbeizuführen -oder, w-enn dies nicht möglich ist, die Batterie ebenfalls abzuschalten. Das gilt sowohl für eine Überlastung der Batterie als auch, für eine zu weitgehende Verarmung an Brennstoff und/oder Oxydationsmittel. Es muß ferner dafür Sorge getragen werden, daß in der Batterie gebildete Verunreinigungen, deren Kenge vom L*urch.satz von sich verbrauchenden Stoffen und damit von der Leistung abhängt, wieder aus der Batterie entfernt werden können. Die Zunahme der Verunreinigungen verursacht ein Abfallen der Potentiale und der Leistung der einzelnen Seilen. Es ist daher zweckmäßig, die Entfernung der Verunreinigungen durch diese beiden Kenngrößen zu steuern. Ebenso mu3 die Bildung eines !Flüssigkeitsfilmes auf der Gasseite der Zweischichtelektrode verhindert werden und für eine konstante Einstellung der Lreiphasengrenze gesorgt werden, die für die elektrochemische Reaktion und somit für die Stromlieferung entscheidend ist. In den Fällen, in denen eine Regelgröße von mehreren' Kenngrößen beeinflußt werden kann, muß durch eine entsprechende Maßnahme das gleichzeitige Einwirken zweier Stellgrößen auf eine Regelgröße verhindert werden.Since the performance of a fuel cell is known to depend on the temperature, a possibility should be provided, for example, to reach the optimal temperature corresponding to a desired performance as quickly as possible If a specified maximum permissible temperature is exceeded, switch off the system. To protect the electrodes, it is necessary to monitor the potentials and, if necessary, to maintain the activity of the electrodes; to bring about appropriate changes in the conditions -or, if this is not possible, the battery This applies to an overload of the battery as well as to an excessive depletion of fuel and / or oxidizing agent. Furthermore, care must be taken to ensure that impurities formed in the battery, the value of which depends on the flow rate of substances that are consumed and thus of d it depends on the power, can be removed from the battery again. The increase in contamination causes a decrease in the potentials and the performance of the individual ropes. It is therefore advisable to control the removal of the impurities using these two parameters. Likewise, the formation of a liquid film on the gas side of the two-layer electrode must be prevented and a constant setting of the phase boundary must be ensured, which is decisive for the electrochemical reaction and thus for the supply of current. In those cases in which a controlled variable can be influenced by several 'parameters, the simultaneous action of two manipulated variables on a controlled variable must be prevented by an appropriate measure.
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Schließlich, soll die Klemmenspannung unabhängig von der.entnommenen Leistung konstant auf ihrem Sollwert gehalten werden. Finally, the terminal voltage should be kept constant at its setpoint regardless of the power drawn.
Es besteht fernerhin die Möglichkeit, das Brennstoff-Elektrolytgemisch in Abhängigkeit seines Gehaltes an Brennstoff einerseits und an "Verunreinigungen andererseits zu regenerieren und auch diesen Vorgang in die elektronische Regelung einzubeziehen, obwohl durch eine solche Einrichtung das ganze Aggregat verhältnismäßig groß und unhandlich wird. There is also the possibility of regenerating the fuel-electrolyte mixture as a function of its fuel content on the one hand and impurities on the other hand to include this process in the electronic control, although such a device makes the whole unit relatively large and unwieldy.
Erfindungsgemäß werden die in den Batterien gemessenen Kenngrößen wie Spannung", Stromstärke, Leistung, Potential und Temperatur in einem elektronischen Regelgerät registriert, zueinander in Beziehung gesetzt und die für die Einstellung und Konstanthaltung optimaler Betriebsbedingungen notwendigen Regelvorgänge darin ausgelöst. .^According to the invention, the parameters measured in the batteries, such as voltage, amperage, power, potential and temperature, are registered in an electronic control device in relation to one another related and those for setting and keeping it constant The necessary control processes are triggered by optimal operating conditions. . ^
Bei Verwendung mehrerer parallel geschalteter Batterien werden, diese zur Verhinderung des Stromflusses von einer Batterie mit höherer Spannung in eine solche mit niedrigerer Spannung durch Zwischenschalten eines elektrischen Netzwerkes, im einfachsten Falle durch zwei Dioden entkoppelt, oder in voneinander ge- , trennte Regelkreise gelegt.When using several batteries connected in parallel, using these to prevent the flow of current from a battery higher voltage into one with lower voltage through the interposition of an electrical network, in the simplest way Trap decoupled by two diodes or placed in separate control loops.
Die Potentiale werden mit Hilfe von besonders präparierten und daher besonders empfindlichen Einzelzellen des Zellverbandes gemessen und ausgewertet, wobei die besondere Empfindlichkeit . dieser Zellen durch eine Verringerung des Katalysatorgehalts der Elektroden auf ca. 40 % der bei Arbeitselektroden üblichen •Menge erreicht wird. ■The potentials are with the help of specially prepared and therefore particularly sensitive individual cells of the cell assembly measured and evaluated, with the particular sensitivity. of these cells by reducing the catalyst content of the electrodes to approx. 40% of that which is usual for working electrodes • amount is reached. ■
Die Verknüpfung der Kenngrößen Leistung und Temperatur, durch.-die die Einstellung und Konstanthaltung der optimalen Arbeitstemperatur des Brennstoffzellenaggregates gewährleistet wird. The link between the performance and temperature parameters, through-the the setting and maintenance of the optimal working temperature of the fuel cell unit is guaranteed.
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dient bei Inbetriebnahme dazu, diese optimale Arbeitstemperatur schnell zu erreichen. Dazu wird das Brennstoffzellenaggregat während des Aufheizvorganges, d.h. so lange die Zellentemperatur unter· der für den eingestellten Leistungsbereich optimalen Arbeitstemperatur liegt, durch einen elektronisch geregelten-1 Lastwiderstand zusätzlich belastet. Mese Belastung'wird so geregelt, daß die Gesamtspannung des Aggregates konstant bei 12 V liegt. Gleichzeitig wird die Ausgangsspannungsregelung kurzgeschlossen, so daß Batterie- und Klemmenspannung identisch sind. So können also bereits während des Aufheizvorganges Verbraucher angeschlossen werden, sofern deren Strombedarf den bei der momentanen Zellentemperatur erreichbaren Haximalwert nicht überschreitet. . is used during commissioning to reach this optimal working temperature quickly. For this, the fuel cell unit during the heating, ie the cell temperature is so long under · optimal for the set power range working temperature, burdened by an electronically geregelten- one load resistor. The load is regulated in such a way that the total voltage of the unit is constant at 12 V. At the same time, the output voltage regulation is short-circuited so that the battery and terminal voltages are identical. This means that consumers can already be connected during the heating process, provided that their power requirement does not exceed the maximum value that can be achieved at the current cell temperature. .
Um den Aufheizvorgang zu beschleunigen, kann die Batteriespannung auch von z.B. 12 V auf 10 V umgeschaltet werden, was zuTo accelerate the heating process, the battery voltage can also be switched from e.g. 12 V to 10 V, which leads to
• einem Anstieg des Laststromes und'der.damit verbundenen Verlustwärme in den Zellen führt. Nach dem Erreichen der Arbeitstempe-• an increase in the load current and the associated heat loss leads in the cells. After reaching the working temperature
• ratur wird die zusätzliche Belastung automatisch abgeschaltet, gleichzeitig tritt die normale Klemmenspannungsregelung in Tätigkeit. ■• temperature, the additional load is automatically switched off, at the same time, the normal terminal voltage regulation comes into operation. ■
Die Temperaturregelung des Aggregates erfolgt über eingebaute Temperaturfühler durch impulsweises Zudosieren eines kühlen Gemische von Brennstoff und Elektrolyt. Durch diesen Austausch von altem Elektrolyt durch neuen wird einmal eine zu starke Konzentration der Oxydationsprodukte des Brennstoffs verhindert. Außerdem wird auch bereits die Brennstoffversorgung der Batterien partiell geregelt. Eine weitere Regelung der Brennstoffversorgung wird bei der Auswertung der Potentialmessung der dafür bestimmten Einzelzellen ausgelöst in der Weise, daß bed. Absinken der Potentiale unter einen bestimmten Grenzwert ebenj falls Brennstoff-Ele&trolyt-Gemiseh zugeführt wird. SchließlichThe temperature of the unit is controlled by a built-in temperature sensor by adding a cool mixture of fuel and electrolyte in pulses. This exchange of old electrolyte by new one prevents an excessive concentration of the oxidation products of the fuel. In addition, the fuel supply to the batteries is already partially regulated. A further regulation of the fuel supply is triggered during the evaluation of the potential measurement of the individual cells intended for this purpose in such a way that bed. The potentials fall below a certain limit value also if fuel-electrolyte mixture is supplied. In the end
. kazm die Brenngtoffvarsorgung noch von einem über die Leistungs-.. kazm the fuel supply still from one over the power.
' ftbgafre des Aggregates beeinflußten elektronischen 3altschalt-'ftbgafre of the unit influenced electronic old switching
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element ubernomaen. werden. Das ist für die Fälle wichtig, in denen nur eine geringe Leistung entnommen wird und der entsprechend geringere Strom nicht ausreicht, um die Batterien auf der Solltemperatur zu halten» Das bedeutet aber, daß die Batterien nicht genügend mit Brennstoff versorgt werden, da kein Kühlmittel erforderlich ist, so daß 'jetzt die Brennstoff Zulieferung in bestimmten Z ei tint erhallen durch das elektronische Zeitschalt el em ent ausgelöst wird, Pindet jedoch eine Brennstoffversorgung aufgrund, der Temperaturregelung, statt, so wird das i. elektronische Zeitsehalt element in Bezug auf die Brennstoffversorgung auf die Ausgangsposition geschaltet»element ubernomaen. will. This is important for the cases in from which only a small amount of power is taken and that accordingly lower current is not enough to run the batteries to keep at the target temperature »But that means that the Batteries are not supplied with sufficient fuel because there is no Coolant is required so that 'now the fuel delivery at a certain time thanks to the electronic timer el em ent is triggered, but pinds a fuel supply due to the temperature control, it will be i. electronic timing element in relation to the fuel supply switched to the starting position »
Durch Verknüpfung der Kenngrößen. Leistung und Potential wird verhindert, daß sich an der Gasseite der porösen Zweischichtelektrode ein flüssigkeitsfilm bildet und daß sich im Gasraum Verunreinigungen, aus dem Sauerstoff stammend, ansammeln. Durch diese beiden Kejongroßen wird impulsweise über das elektronische Zeitschaltelement ein Sauerstoff-Auslaßventil gesteuert, so daß die Gasseiten der Elektroden mit Sauerstoff gespült werden. Auf diese Weise wird aiidem eine optimale Einstellung der Dreiphasengrenze erreicht. ·By linking the parameters. Performance and potential will prevents a liquid film from forming on the gas side of the porous two-layer electrode and from forming in the gas space Accumulate contaminants from oxygen. By these two kejons are pulsed via the electronic Timing element controlled an oxygen outlet valve so that the gas sides of the electrodes are purged with oxygen. In this way, an optimal setting of the three-phase boundary is also achieved achieved. ·
Zum Schutz der Zellen vor überlastung wird bei Unterschreiten einer bestimmten vorgegebenen Klemmenspannung ein Begrenzungs·» widerstand autoEaatisch. eingeschaltet, der mit dem Verbraucher in Reihe liegt. Samit erhält der Verbraucher nur' noch eine geringe Spannung, die Zeilen werden aber vor einem-zu hohen, schädlichen Stroiafluß geschützt» -To protect the cells from overloading, if the value falls below a certain predetermined terminal voltage a limitation · » resistance autoEaatic. switched on, the one with the consumer is in series. As a result, the consumer only receives one more low voltage, but the lines are in front of a too high, harmful Stroia river protected »-
Sinkt-die Konzentration an Brennstoff imd/oder Qscydationsmittel unter einen l*estimmt@n Grenswert, was E0B0 beim Ausfall • einer oder mehrerer Elektrolytpmpess, eintreten kann, so wird • die Anlag© über die Potentialkenngröße abgeschaltet. Ebenso wird die Anlage "fofi Überschreitung ein·©!1 vorgegebenen maximalenDecreases, the concentration of fuel-IMD / or Qscydationsmittel below a * l @ n estimmt Grenswert what E 0 B 0 • upon failure of one or more Elektrolytpmpess, may occur, the nature res © is turned off on the potential parameter •. Likewise, the system "fofi exceeding a · ©! 1 specified maximum
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Temperatur, was aus dem gleichen Grunde eintreten kann, abgeschaltet. Temperature, which can occur for the same reason, is switched off.
Im folgenden wirtl anhand der Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes näher erläutert. Es zeigen:In the following, a preferred exemplary embodiment is shown with reference to the drawing of the subject matter of the invention explained in more detail. Show it:
Fig. 1 ein Blockbild eines Brennstoffzellenaggregates und Fig. 2 ein Blockscnaltbild der elektronischen Regelung.Fig. 1 is a block diagram of a fuel cell unit and Fig. 2 is a block diagram of the electronic control.
Nach Fig. 1 besteht ein Brennstoffzellenaggregat aus zwei Brennstoff zellenbatterien 1, einem -elektronischen Regelgerät 2, einer Sauerstoffflasche 3, einem Brennstoff-Elektrolyt-Behälter 4 und aus Elektrolytpumpen 5» Ie. den Brennstoffzellen 1 sind Temperaturfühler und besonders präparierte Einzelzellen zur Potentialmessung eingebaut, von denen Leitungen 6 und 7 zum Regelgerät führen. Ferner werden, die Stromableitungen 8 von den Batterien 1 über Dioden 9 zum Eegelgerät 2 geführt. Tom Regelgerät 2 führen Leitungen 10 über ein Amperemeter 11 und ein Voltmeter 12 nach außen an die Anschlußklemmen zur Abnahme der Hut ζ spannung. Von der Sauerstoffflasche 3 führt eine Gasleitung IJ über ein Feinreguli erventil" 14 und ein Manometer 15 in die Batterien 1 und von \3ort über ein Sauerstoff-Ablaßventil 16 in den Brennstoff~E1 ektrolyt-ffank 4. Von diesem führt eine Rohrleitung 17 über die Elektrolyt pump en 5 zu den Batterien 1 und von dort zurück in den Tank 4. Das Sauerstoff-Ablaßventil 16 und die Elektrolytpumpen 5 werden über elektrische Leitungen 18 und 19 durch das elektronische Regelgerät 2 gesteuert und mit Strom versorgt,, der aus den Brennstoffzellenbatterien 1 selbst stammt.According to Fig. 1, a fuel cell unit consists of two fuels cell batteries 1, an electronic control device 2, a Oxygen bottle 3, a fuel-electrolyte container 4 and from electrolyte pumps 5 »Ie. the fuel cells 1 are temperature sensors and specially prepared single cells for potential measurement installed, of which lines 6 and 7 to the control device to lead. Furthermore, the current leads 8 from the batteries 1 via diodes 9 to the control device 2. Tom control device 2 lead lines 10 via an ammeter 11 and a voltmeter 12 outwards to the connection terminals to decrease the hat voltage. A gas line IJ leads over from the oxygen cylinder 3 a Feinreguli erventil "14 and a manometer 15 in the batteries 1 and from \ 3ort via an oxygen drain valve 16 in the Fuel ~ E1 ektrolyte-ffank 4. From this a pipe 17 leads via the electrolyte pumps 5 to the batteries 1 and from there back into the tank 4. The oxygen release valve 16 and the electrolyte pumps 5 are controlled via electrical lines 18 and 19 by the electronic control device 2 and with electricity supplied ,, which comes from the fuel cell batteries 1 itself.
Zur Inbetriebnahme des Aggregates wird die Sauerstoffflasche 3 gefüllt und an die Yersorgungsleitung 13 angeschlossen. Ferner wird ein Brennstoff-Elektrolyt-Gemisch aus 4 kg KaliumhydroxidTo start up the unit, the oxygen bottle 3 filled and connected to the supply line 13. Further becomes a fuel-electrolyte mixture of 4 kg of potassium hydroxide
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und 1S5 1 Methanol mit destilliertem Wasser auf 12 1 aufgefüllt und in den Brennstoff-Elektrolyttank 4 eingefüllt. Eine solche Füllung reicht für eine Betriebsdauer von 24· Stunden bei Tolllast, bei Teillast entsprechend langer. Nun öffnet man nacheinander Hauptventil und Reduzierventil der Sauerstoffflasche und stellt mit dem Feinregulierventil 14 einen am Manometer 15 ablesbaren Sauerstoffüberdruck von 0,2 at ein. Den Leistungsstufenschalter 20 (Fig. 2) schaltet man auf die gewünschte Leistung, z.B. 100 ¥. Er wirkt, wie aus Fig. 2 hervorgeht, auf den Temperaturregler 21 durch Einstellen eines dieser Leistung entsprechenden Temperatur soliwert es von in diesem Falle 700C. Nun drückt man auf eine in die Frontplatte eingebaute "EIN"-Taste, wobei das Voltmeter 12 Spannung anzeigt. Durch Druck auf eine Taste "ELEKTROLYT" werden die Elektrolytpumpen 5 kurz von Hand betätigt, um die Batterien zu spülen und den einwandfreien Lauf der Pumpen zu prüfen. Ebenso wird durch Drücken auf eine Taste "SAUERSTOFF" das Sauerstoff-Ablaßventil 16 mehrmals betätigt, um eventuell in der Gasleitung 13 angesammelte Flüssige keit hinauszublasen. Das Brennstoffzellenaggregat liefert schon bei Raumtemperatur soviel Strom, daß die Betätigung dieser beiden elektrisch betriebenen Hilfseinrichtungen p und 16 möglich ist. -.and 1 S 5 1 methanol made up to 12 1 with distilled water and filled into the fuel-electrolyte tank 4. Such a filling is sufficient for an operating time of 24 hours at full load, and correspondingly longer at partial load. The main valve and the reducing valve of the oxygen cylinder are now opened one after the other and an oxygen overpressure of 0.2 atm, which can be read on the manometer 15, is set with the fine control valve 14. The power step switch 20 (Fig. 2) is switched to the desired power, for example ¥ 100. It acts, as shown in Fig. 2, the temperature controller 21 appropriate by adjusting one of these power temperature it soli value of in this case 70 0 C. Now one presses on a built into the front panel "ON" button, the voltmeter 12 Voltage. By pressing an "ELECTROLYTE" key, the electrolyte pumps 5 are briefly operated by hand in order to rinse the batteries and to check that the pumps are running properly. Likewise, the oxygen release valve 16 is actuated several times by pressing a button "OXYGEN" in order to blow out any liquid that may have accumulated in the gas line 13. Even at room temperature, the fuel cell unit delivers so much current that the actuation of these two electrically operated auxiliary devices p and 16 is possible. -.
Will man die Betriebstemperatur möglichst schnell erreichen-, so schaltet man den Spannungsschalter 23 auf die Stufe 10 VoIt0 Dadurch werden die Batteries -durch einen- internen elektronisch geregelten Lastkreis solange bei niedrigerer Spannung und daher mit höherer Stromstärke belastet, bis die Betriebstemperatur erreicht ist. Ein Heizstromregler 25 sorgt dafürs daß sich in Verbindung mit dem Temperaturregler 21 stets die für die Je= weilige Temperatur maximal zulässige Stromstärke einstellte Es ist auch möglich, schon während des Aufheizens einen Verbraucher an die Anschlußklemmen anzuschließen. Dieser vdrd'-da&ä. in ä&n Lastkreis mit einbezogen, so daß.sich-die-elektrischen Baten dieses Kreises entsprechend ändern. Die in den 8 zwischen den Brennstoffbatterien 1 und dem■-Regelgerät 2If you want to reach the operating temperature as quickly as possible, you switch the voltage switch 23 to level 10 VoIt 0 This means that the batteries are loaded with a lower voltage and therefore with a higher current until the operating temperature is reached through an internal electronically controlled load circuit. A Heizstromregler 25 ensures that s always hired in conjunction with the temperature controller 21 the maximum allowable for Je = stays awhile temperature amperage It is also possible to connect a consumer to the terminals already during heating. This vdrd'-da & ä. included in ä & n load circuit, so that. The electric requests of this circle change accordingly. 8 between the fuel batteries 1 and the ■ control unit 2
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liegenden Dioden 9 und die damit erzielte elektrische Entkoppelung der parallel geschalteten Batterien sollen verhindern, daß in dem Fall, daß einzelne Batterien, aus welchem Grund auch immer, niedrigere Spannungen aufweisen als die übrigen, von den Batterien mit höherer Spannung Strom in die Batterien mit · niedrigerer Spannung fließt, wodurch die Leistung des Aggregates herabgesetzt würde.lying diodes 9 and the electrical decoupling achieved thereby the batteries connected in parallel are intended to prevent that in the event that individual batteries, for whatever reason always have lower voltages than the rest of the Batteries with higher voltage current into the batteries with lower voltage flows, which would reduce the performance of the unit.
Wenn die durch Verlöschen einer Kontrollampe angezeigte Arbeit s-* temperatur erreicht ist, schaltet man den Spannungsschalter 23 auf 12 YoIt zurück und kann jetzt die volle Leistung entnehmen, ohne daß man das Aggregat weiter beaufsichtigen muß, denn alle weiteren Vorgänge übernimmt nun der elektronische Regler. Die Ausgan^sspannung wird dabei von einem Spannungsregler 26 konstant gehalten. Steigt die Temperatur über den Sollwert, so werden durch den Temperaturregler 21 die Elektrolytpumpen 5"für ein bestimmtes, von einem elektronischen Zeitschaltelement 27 gesteuertes Zeitintervall eingeschaltet, so daß aus dem Brennstoff -Elektrolyt-Tank 4 kühle Flüssigkeit zudosiert wird. Das . Verhältnis Brennstoff zu Elektrolyt ist so gewählt, daß unter normalen Bedingungen dadurch auch der Brennstoffbedarf der Batterie gedeckt wird. Ist Jedoch die den Batterien entnommene Leistung zu klein, so reicht die erzeugte Stromwärme nicht eus, um die Solltemperatur aufrechtzuerhalten bzw. zu überschreiten 12nd so eine Brennstoffzufuhr auszuloten. Die in den Batterien "befindliche Lösung verarmt an Brennstoff, so daß ein einwandfreies Arbeiten nicht mehr gewährleistet ist. Um auch in solchen Fällen die Batterien mit Brennstoff zu versorgen» wird das elektronische Zeitschaltelement 27 durch die Leistungsabgabe beeinflußt in der Art, daß in bestimmten Zeitabständen die Elektrolytpumpen 5 über das elektronischeZeitschaltelement 2? eingeschaltet werden und dadurch Brennstoff In die Zellen gelangt. Wird de» Batterien jedoch über den Temperaturregler 21 BrennstiOff'-EliBktrolyt'-Gemiscii zugeführt, so wird da· elelstronisciie Zeitschaltelement 27If the work indicated by the extinguishing of a control lamp s- * temperature is reached, you switch the voltage switch 23 back to 12 YoIt and you can now draw the full power, without having to continue to supervise the unit, because all further processes are now carried out by the electronic controller. the The output voltage is kept constant by a voltage regulator 26 held. If the temperature rises above the setpoint value, the electrolyte pumps 5 ″ for a specific one from an electronic time switch element 27 controlled time interval switched on, so that from the fuel -Electrolyte tank 4 cool liquid is added. That . The ratio of fuel to electrolyte is chosen so that under normal conditions, this also covers the battery's fuel requirements. However, it is the one taken from the batteries Power too small, the generated electricity heat is not enough, in order to maintain or exceed the target temperature 12nd so sound out a fuel supply. The ones in the batteries "The solution located is depleted in fuel, so that a flawless Working is no longer guaranteed. In order to supply the batteries with fuel even in such cases » the electronic timer element 27 by the power output affected in the way that at certain time intervals the electrolyte pumps 5 via the electronic timing element 2? be switched on and thereby fuel into the Cells. However, if the batteries are supplied via the temperature regulator 21, fuel-electrolyte-mixture, then the electronic time switch element 27
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Kontrollauf gäbe in die Ausgangsposition geschaltet.Control task switched to the starting position.
Um Gasraum und Elektroden von eingedrungenem Elektrolyt und aus dem'Sauerstoff stammenden Fremdgasen zu reinigen, wird periodisch das Sauerstoff-Auslaßventil 16 geöffnet. Dadurch entspannt ach der Sauer stoff üb erdruck für· 1 Sekunde und es streicht Sauerstoff an der Gasseite der Elektroden vorbei und reißt einen eventuell auf.den Elektroden vorhandenen Flüssig-Around gas space and electrodes from penetrated electrolyte and Purifying foreign gases originating from the oxygen becomes periodic the oxygen outlet valve 16 is opened. Through this After the oxygen overpressure relaxes for · 1 second and it relaxes sweeps oxygen past the gas side of the electrodes and tears open any liquid present on the electrodes
* keitsfilm sowie gasförmige Verunreinigungen mit; außerdem läßt sich auf diese Weise die Dreiphasengrenze (Festkörper - Flüssigkeit - Gas) am sichersten einstellen. Das Sauerstoff-Auslaßventil 16 wird unter normalen Betriebsbedingungen durch das elektronische Zeitschaltelement 27 alle 30 Minuten geöffnet. Ist die Leistungsabgabe des Aggregates Jedoch hoch, so kann das Sauerstoff-Auslaßventil 16 über die Leistungsabgabe gesteuert und früher geöffnet werden. Auch in diesem Fall wird das elektronische Zeit schaltelement in bezug auf die öffnung des Ventils 16 in die Ausgangsposition gebracht«* keitsfilm as well as gaseous impurities with; also lets In this way, the three-phase boundary (solid - liquid - gas) is most reliably established. The oxygen release valve 16 is opened under normal operating conditions by the electronic timer element 27 every 30 minutes. However, if the power output of the unit is high, the oxygen outlet valve 16 can be controlled via the power output and open earlier. Also in this case it will electronic time switching element with regard to the opening of the Valve 16 brought to the starting position «
Die Potentiale der eingebauten, besonders empfindlichen= Meßzellen werden laufend durch den elektronischen Regler überwacht,The potentials of the built-in, particularly sensitive = measuring cells are continuously monitored by the electronic controller,
* Sinken die Potentiale unter den vorgegebenen Wert von 200 mV ab, so wird zunächst eine öffnung des Sauer st off-Ablaßventils 16 und dann eine Brennstoffzuführung durch Einschalten der* If the potentials fall below the specified value of 200 mV from, so first an opening of the Sauer st off drain valve 16 and then a fuel supply by switching on the
. Elektrolytpumpen Js ctapefc. einen Pötentialüberwaeher 28 ausgelöst. Steigen durch diese Haßnahmen die Potentiale nicht wieder an, was eintreten kann, wenn der Blektrolytvorrat an Brennstoff verarmt ist oder kein Sauerstoff mehr nachgeliefert wiiO., so wird der Verbraucher, vom Gerät get remit imd die ÄfiJ.agq ÜWgr ein lelais 29 abgeschaltet* Ber'.PotejitialilBe^waefte^- $$■ BMmM iabei als letzte Sicherheit;» isis aber für am,- Ilam@Äett*|jeb Aggregates notwendige um iie. Electrolyte pumps js ctapefc. a potential monitor 28 triggered. If the potentials do not rise again as a result of these hatreds, which can occur if the lead electrolyte supply is depleted of fuel or no more oxygen is supplied wiiO., The consumer is switched off by the device and the ÄfiJ.agq ÜWgr a lelai s 29 * Ber'.PotejitialilBe ^ waefte ^ - $$ ■ BMmM here as a final security; » but isis for am, - Ilam @ Äett * | jeb aggregates necessary to iie
Wird dem Aggregat ©toe zit'holieUsed for the aggregate © toe zit'holie
Robert Bosen GmbH · R. 9387 Pf/HfRobert Bosen GmbHR. 9387 Pf / Hf
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automatisch ein Strombegrenzungswiderstand 30 eingeschaltet, der mit dem Verbraucher in Reihe geschaltet ist und so die _ Elektroden vor Überlastung schützt.a current limiting resistor 30 is automatically switched on, which is connected in series with the consumer and thus the _ Protects electrodes from overload.
Für den Fall, daß die Temperatur in einer Batterie über einen den Elektroden schädlichen Grenzwert ansteigt, schaltet ein eingebauter Übertemperaturüberwacher 31 die Anlage über das Relais 29 ab. Eine zu hohe Temperatur kann auftreten, wenn z.B. eine der Elektrolytpumpen 5 ausfällt und daher eine der Batterien nicht mehr gekühlt wird. . .In the event that the temperature in a battery is above a If the limit value harmful to the electrodes rises, a built-in switch is activated Overtemperature monitor 31 the system via the relay 29 from. Too high a temperature can occur if, for example, one of the electrolyte pumps 5 fails and therefore one of the batteries is no longer cooled. . .
Das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß ein Brennstoffzellenaggregat soweit vollautomatisch geregelt und kontrolliert wird, daß man es ohne jede Aufsicht etwa 24-,Stunden betreiben kann. Uach dieser Zeit ist lediglich ein Auswechseln des Brennstoff-Elektrolyt-Gemisches und der Sauerstoffflasche notwendig. Bas Anfahren der Anlage erfordert keinerlei Fremdstromquelle. Treten während des Betriebes irgendwelche Störungen auf, so sorgt die Regelautomatik dafür, daß Maßnahmen getroffen werden, die verhindern, daß die Elektroden der einzelnen Zellen geschädigt werden. Sobald die Störungen behoben sind, kann das Aggregat sofort weiterbetrieben werden. Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitendes Aggregat mit einer Nennleistung von 100 Watt bei 65 bis 700C und einemThe method according to the invention described has the advantage that a fuel cell unit is regulated and controlled fully automatically to the extent that it can be operated for about 24 hours without any supervision. After this time it is only necessary to change the fuel-electrolyte mixture and the oxygen cylinder. Starting up the system does not require any external power source. If any malfunctions occur during operation, the automatic control ensures that measures are taken to prevent the electrodes of the individual cells from being damaged. As soon as the malfunctions have been rectified, the unit can continue to operate immediately. A working according to the inventive method unit with a nominal power of 100 watts at 65 to 70 0 C and one
'S'S
Raumbedarf von 0,16 ar ist bei einem Gewicht von 90 kg im gefüllten Zustand noch gut transportierbar«,Space requirement of 0.16 ar is with a weight of 90 kg in the filled Condition still easy to transport «,
009834/1649 BAD 0RK5INAI; 009834/1649 BAD 0RK5INAI;
Claims (1)
einem eigenen Regelkreis liegt«3. The method according to claim 1, characterized in that when using several parallel ge
its own control loop "
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